شبيه سازي اجزا محدود تقابل چرخ پارويي و خاك مرطوب-توسعه مدل و اعتبارسنجي آزمايشي

Finite element simulation of paddlewheel-wet soil interaction-development of model and experimental validation

در پژوهش حاضر يك مدل عددي از تقابل چرخ پارويي و خاك مرطوب (24 درصد) توسعه داده‌شده و نتايج آن با داده‌هاي آزمايشگاهي اعتبارسنجي شده‌ است. استفاده از روش‌هاي عددي رايانه‌اي براي شبيه‌سازي تقابل چرخ پارويي و خاك مرطوب آزمايش‌هاي تجربي را كم كرده و هزينه‌هاي طراحي و توسعه را به حداقل ممكن مي‌رساند. در اين پژوهش براي طراحي چرخ پارويي از نرم‌افزار ساليدوركس و براي تحليل از نرم‌افزار آباكوس استفاده شد. از روش تركيبي اويلري-لاگرانژي (CEL) براي بررسي تقابل چرخ پارويي و خاك مرطوب استفاده شد. مدل‌سازي خاك با فرمول‌بندي از نوع اويلري و چرخ پارويي از نوع لاگرانژي تعريف شد. خاك به عنوان يك ماده الاستيك-پلاستيك كامل با معيار تسليم دراكر- پراگر مدل شد. نتايج عددي و آزمايشگاهي نشان داد كه با افزايش بار مالبندي ، درصد لغزش و ميزان فرورفتگي چرخ پارويي در خاك مرطوب افزايش مي‌يابد. همچنين افزايش بار مالبندي منجر به افزايش ميزان تنش در خاك مي‌شود. نتايج مدل‌سازي آزمايشگاهي و روش المان محدود (FEM)، براي پارامترهاي لغزش، فرورفتگي و مقاومت غلتشي ، مطابقت رضايت‌بخشي را نشان داد. روش المان محدود (FEM)، به عنوان يك روش قابل اطمينان براي بررسي تقابل چرخ پارويي و خاك مرطوب و بهينه‌سازي پارامترهاي موثر در آن مي‌تواند معرفي شود.

A numerical model of wet soil-paddlewheel interaction was developed and validated against the experiments. The use of numerical computational methods to simulation of the wet soil-paddlewheel interaction reduces the experimental, design and development costs. In this study, SolidWorks software was used to design the paddlewheel and Abacus software was used for analysis. Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) method was applied for the analyses in which the soil and paddlewheel were introduced by Eulerian and Lagrangian formulation, respectively. Soil was modelled as an elastic- perfectly plastic material with Drucker-Prager yield function. The results showed that the wheel sinkage and slip increased by increasing drawbar pull. The stress inside the soil was shown to be increased due to the drawbar pull. Satisfactory agreement was found between the finite element model and experiments for slip; sinkage as well as rolling resistance. The finite element method was shown to be a confident method for wet soil-paddlewheel interaction and can be applied for effective parameter optimization. . .